大坡度山区管道焊接接头应力数值模拟研究

长输管道经过的地势多山区丘陵,管道敷设及焊接过程有时需在5°~45°坡度情况下进行。大坡度山区管道常出现因过大的拉应力导致失效的现象,因此其应力分布成为必要的研究课题。文中就坡度为25°的X70钢全自动焊外根焊工艺下山区管道焊接接头应力分布规律进行研究。基于TMM理论,根据实际焊接接头建立大坡度山区管道焊接接头有限元模型,将实际热源模型及施工环境作为边界条件,独特将焊接接头分为上下坡口,最终得到其应力分布规律,填补了大坡度山区管道焊接接头应力分布研究的空白。通过盲孔法及矫顽力法对管道内外表面应力水平进行测量,验证应力模拟结果准确性。通过模拟与实际测量得到结论,由于重力及支持力的作用,焊接接头受到沿管道轴向的应力,导致大坡度山区管道焊接接头应力分布与无坡度管道不同。其根焊层上坡口粗晶区平均宽度较下坡口宽27μm,热焊层上坡口粗晶区平均宽度较下坡口宽21μm。根焊层上坡口拉应力较下坡口高135 MPa,高拉应力区较下坡口宽1.6 mm。